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Cálculo diferencial e integral
Problema
2025 · Extraordinaria · Suplente
4
Examen

Las ventas de un producto (en miles de euros), en los 66 primeros años desde que se lanzó una campaña de publicidad, evolucionan de acuerdo con la siguiente función:

V(t)=4t324t2+36t+100;0t6V(t) = 4t^3 - 24t^2 + 36t + 100; \quad 0 \le t \le 6

siendo tt el tiempo transcurrido en años.

a) Estudie el crecimiento y decrecimiento de las ventas a lo largo de los 66 años. Calcule los extremos.b) Represente gráficamente la función VV.c) Calcule el área de la región limitada por la gráfica de VV, la recta t=6t = 6 y los ejes de coordenadas.
PolinomiosDerivadasIntegrales+2
a) Estudio del crecimiento y decrecimiento de las ventas y cálculo de los extremos.

Para estudiar el crecimiento y decrecimiento, obtenemos la primera derivada de la función V(t)V(t):

V(t)=4t324t2+36t+100V(t) = 4t^3 - 24t^2 + 36t + 100
V(t)=12t248t+36V'(t) = 12t^2 - 48t + 36

Igualamos la derivada a cero para encontrar los puntos críticos:

12t248t+36=012t^2 - 48t + 36 = 0

Dividimos por 12:

t24t+3=0t^2 - 4t + 3 = 0

Factorizando o usando la fórmula cuadrática, obtenemos:

(t1)(t3)=0(t-1)(t-3) = 0

Los puntos críticos son t=1t=1 y t=3t=3. Ambos se encuentran dentro del intervalo de estudio [0,6][0, 6].Estudiamos el signo de V(t)V'(t) en los intervalos determinados por los puntos críticos y los extremos del dominio:Para t[0,1)t \in [0, 1) (tomamos t=0.5t=0.5):

V(0.5)=12(0.5)248(0.5)+36=12(0.25)24+36=324+36=15>0V'(0.5) = 12(0.5)^2 - 48(0.5) + 36 = 12(0.25) - 24 + 36 = 3 - 24 + 36 = 15 > 0

Las ventas crecen en el intervalo [0,1)[0, 1).Para t(1,3)t \in (1, 3) (tomamos t=2t=2):

V(2)=12(2)248(2)+36=4896+36=12<0V'(2) = 12(2)^2 - 48(2) + 36 = 48 - 96 + 36 = -12 < 0

Las ventas decrecen en el intervalo (1,3)(1, 3).Para t(3,6]t \in (3, 6] (tomamos t=4t=4):

V(4)=12(4)248(4)+36=192192+36=36>0V'(4) = 12(4)^2 - 48(4) + 36 = 192 - 192 + 36 = 36 > 0

Las ventas crecen en el intervalo (3,6](3, 6].En resumen, las ventas crecen en [0,1)(3,6][0, 1) \cup (3, 6] y decrecen en (1,3)(1, 3).Calculamos los valores de la función en los puntos críticos y en los extremos del intervalo para encontrar los extremos locales y absolutos:

V(0)=4(0)324(0)2+36(0)+100=100V(0) = 4(0)^3 - 24(0)^2 + 36(0) + 100 = 100
V(1)=4(1)324(1)2+36(1)+100=424+36+100=116V(1) = 4(1)^3 - 24(1)^2 + 36(1) + 100 = 4 - 24 + 36 + 100 = 116
V(3)=4(3)324(3)2+36(3)+100=108216+108+100=100V(3) = 4(3)^3 - 24(3)^2 + 36(3) + 100 = 108 - 216 + 108 + 100 = 100
V(6)=4(6)324(6)2+36(6)+100=4(216)24(36)+216+100=864864+216+100=316V(6) = 4(6)^3 - 24(6)^2 + 36(6) + 100 = 4(216) - 24(36) + 216 + 100 = 864 - 864 + 216 + 100 = 316

Los extremos son:\begin{itemize} \item Máximo local en t=1t=1 con un valor de ventas de V(1)=116V(1) = 116 miles de euros. \item Mínimo local en t=3t=3 con un valor de ventas de V(3)=100V(3) = 100 miles de euros. \item El máximo absoluto en el intervalo [0,6][0, 6] es V(6)=316V(6) = 316 miles de euros. \item El mínimo absoluto en el intervalo [0,6][0, 6] es V(0)=V(3)=100V(0) = V(3) = 100 miles de euros. \end{itemize}

b) Representación gráfica de la función VV.

Para representar gráficamente la función V(t)V(t), utilizamos los puntos clave calculados en el apartado anterior y la información de crecimiento y decrecimiento:\begin{itemize} \item Punto inicial: (0,V(0))=(0,100)(0, V(0)) = (0, 100) \item Máximo local: (1,V(1))=(1,116)(1, V(1)) = (1, 116) \item Mínimo local: (3,V(3))=(3,100)(3, V(3)) = (3, 100) \item Punto final: (6,V(6))=(6,316)(6, V(6)) = (6, 316) \end{itemize} La gráfica empieza en (0,100)(0, 100), sube hasta el máximo local en (1,116)(1, 116), baja hasta el mínimo local en (3,100)(3, 100) y vuelve a subir hasta el punto final (6,316)(6, 316). La curva es suave y continua, característica de una función polinómica cúbica.

c) Cálculo del área de la región limitada por la gráfica de VV, la recta t=6t = 6 y los ejes de coordenadas.

El área de la región limitada por la gráfica de VV, la recta t=6t=6 y los ejes de coordenadas (es decir, t=0t=0 y V=0V=0) se calcula mediante la integral definida de V(t)V(t) desde t=0t=0 hasta t=6t=6. Dado que el valor mínimo de V(t)V(t) en el intervalo [0,6][0, 6] es 100100 (en t=0t=0 y t=3t=3), la función es siempre positiva, por lo que el área es simplemente la integral.

Aˊrea=06(4t324t2+36t+100)dt\text{Área} = \int_{0}^{6} (4t^3 - 24t^2 + 36t + 100) dt

Calculamos la integral indefinida:

(4t324t2+36t+100)dt=4t4424t33+36t22+100t+C\int (4t^3 - 24t^2 + 36t + 100) dt = 4\frac{t^4}{4} - 24\frac{t^3}{3} + 36\frac{t^2}{2} + 100t + C
=t48t3+18t2+100t+C= t^4 - 8t^3 + 18t^2 + 100t + C

Ahora evaluamos la integral definida en los límites de integración, aplicando la Regla de Barrow:

Aˊrea=[t48t3+18t2+100t]06\text{Área} = [t^4 - 8t^3 + 18t^2 + 100t]_{0}^{6}
Aˊrea=(64863+1862+1006)(04803+1802+1000)\text{Área} = (6^4 - 8 \cdot 6^3 + 18 \cdot 6^2 + 100 \cdot 6) - (0^4 - 8 \cdot 0^3 + 18 \cdot 0^2 + 100 \cdot 0)
Aˊrea=(12968216+1836+600)(0)\text{Área} = (1296 - 8 \cdot 216 + 18 \cdot 36 + 600) - (0)
Aˊrea=(12961728+648+600)\text{Área} = (1296 - 1728 + 648 + 600)
Aˊrea=25441728\text{Área} = 2544 - 1728
Aˊrea=816\text{Área} = 816

El área de la región es de 816816 unidades de área. Considerando las unidades del problema (miles de euros y años), el área representa 816816 miles de euros \cdot año.